Электростатическая индукция

Цель урока: Ввести понятие "проводник". Дать представление об электростатической индукции и применениях этого явления.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: электрометр, высоковольтный выпрямитель, проекционный аппарат ФОС-67, прибор для наблюдения спектров электрических полей, кондуктор конусообразный, штативы изолирующие, диафильм "Статическое электричество", кулонометр, кондукторы на изолирующих подставках.

План урока:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Объяснение 20 мин

4. Закрепление 10 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный:

1. Линии напряженности электрического поля.

Задачи:

1. Маленький шарик с зарядом q и массой m, подвешенный на невесомой нити с коэффициентом упругости k, находится между вертикальными пластинами плоского воздушного конденсатора. Какова напряженность поля между обкладками конденсатора, если удлинение нити ∆l?

2. На невесомом стержне длиной ℓ висят маленький шарик массой m с зарядом q. На короткое время t включается постоянное горизонтальное электрическое поле с напряженностью Е. Найти максимальный угол отклонения стержня от вертикали.

3. Из точки одной пластины вылетают во всех направлениях электроны с одинаковыми по величине начальными скоростями υ₀. Они разгоняются электрическим полем Е в зазоре ширины d до второй пластины. Найдите на ней радиус круга R, в который попадают электроны. Заряд электрона е, его масса m.

4. По тонкому кольцу радиуса R равномерно распределен заряд q. Определите напряженность электрического поля в точке на оси кольца на расстоянии α от его центра. Задачу решить самому.

5. Электрон влетает в плоский конденсатор параллельно плоскости пластин со скоростью 3∙10⁶ м/с. Найдите напряженность поля в конденсаторе, если электрон вылетает под углом 30⁰ к пластинам. Длина пластин 20 см.

6. Заряд q равномерно распределен по тонкому жесткому полукольцу радиуса R. Определите напряженность электростатического поля в центре кривизны полукольца (интеграл).

7. Два точечных положительных заряда q₁ = q₂ = q находятся в воздухе на расстоянии 5 см друг от друга. Найти на оси симметрии этих зарядов точку, в которой напряженность электрического поля максимальна (производная).

Впоросы:

1. Чему равна напряженность поля в центре равномерно заряженного проволочного кольца, имеющего форму окружности?

2. Будет ля устойчивым равновесие точечного заряда, находящегося посредине между двумя одинаковыми точечными зарядами?

3. Объясните, почему силовые линии электрического поля не пересекаются?

4. Чем объяснить, что легкий бузиновый шарик, вначале приставший к наэлектризованной палочке, затем отталкивается от нее?

5. Каков характер движения заряженной пылинки в поле точечного заряда при условии отсутствия трения? Весом пылинки пре­небречь.

6. В каком случае заряженная частица в электрическом поле движется вдоль силовой линии?

7. Правильно ли утверждение, что силовая линия электрического поля – это траектория движения положительного заряда в этом поле?

8. Электрическое поле – ветер, электрон – парусная лодка. В чем недостаток такой аналогии?

9. Изобразите на рисунке картину электрического поля плоского заряженного конденсатора, у которого обкладки не параллельны друг другу.

III. Почему на заряженный шарик, окруженный металлической сеткой, не действует электрическое поле (демонстрация)? Почему внутри проводника нет электростатического поля? Проводники электрического тока: металла, электролиты. Внутреннее строение металла (литий). Нейтральность атома. Металлический пар не проводит электрический ток!

Объединение нейтральных атомов металла в кусок. Дополнительное взаимодействие атомов металла в конденсированном состоянии и образование свободных электронов. Электронный газ: . Почему электронный газ не вылетает из металла наружу? Металл электрически нейтрален, поэтому в среднем, в окрестности каждого иона находится один электрон. Электрон в твердом теле находится ближе к ядру, чем в изолированном атоме, поэтому его энергия меньше. Чтобы вытащить атом из твердого тела, нужно затратить энергию, равную разности между энергией электронами в твердом теле и энергией электрона в изолированном атоме.

Почему внешнее электростатическое поле не проникает внутрь проводника (объяснение по рисунку на доске)?